Превращение микроорганизмами соединений серы, фосфора и железа

Превращение соединений серы. Органические соединения серы представлены в почве остатками растений и животных. Минера­лизация серы осуществляется микроорганизмами, которые в аэробных условиях окисляют ее до сульфатов, а в анаэробных — восстанавливают до сероводорода и частично до меркаптанов.

Восстановленные соединения серы окисляются автотрофными (фотолитотрофы, хемолитотрофы) микробами. Активными окис­лителями серы являются нитчатые и тионовые бактерии, фотосинтезирующие пурпурные и зеленые серобактерии, а также неко­торые цианобактерии, бациллы, актиномицеты и грибы.

Наиболее широко распространены тионовые бактерии рода тиобациллус. Это неспорообразующие грамотрицательные палочки, аэробы, хемолитотрофы, т. е. организмы, живущие за счет энер­гии, выделяющейся при окислении неорганических соединений серы до сульфатов.

В затопляемых, сильно увлажненных почвах, а также в зонах глубокого анаэробиоза глубоких водоемов происходит микробио­логическое восстановление сульфатов до сероводорода. Такой процесс получил название десульфофикации, или сульфатредукции.

Сульфатвосстанавливающие бактерии — грамотрицательные спорообразующие и неспорообразующие палочки, подвижные хемоорганогетеротрофы. Среди них встречаются термофильные формы с оптимальной температурой роста 55 °С.

Микроорганизмы, восстанавливающие соединения серы, — облигатные анаэробы. В отсутствие кислорода они в качестве акцеп­тора водорода используют сульфат. Донором активированного во­дорода служат различные органические соединения. Процесс окисления органических соединений идет не до конца, основным продуктом бывает уксусная кислота, побочным — сероводород. Образовавшийся газ может затем окисляться серобактериями, в результате чего накапливается биогенная сера.

Сульфатвосстанавливающие бактерии могут наносить вред производству, разрушая материалы, неустойчивые к сероводоро­ду. Сероводород обладает токсичными свойствами, поэтому при его накоплении в почве или водоеме растения и животные гибнут.

Превращение соединений фосфора. Фосфор в почве содержится в достаточно больших количествах, но в основном в органической неусвояемой растениями форме и в виде трудноусвояемых мине­ральных соединений.

Разложение органических соединений фосфора осуществляют многие грибы, некоторые актиномицеты, дрожжи и другие мик­роорганизмы.

Некоторые бактерии, актиномицеты и грибы могут перево­дить нерастворимые неорганические соединения фосфора (фос­фориты, апатиты) в растворимое состояние, в результате чего фосфор становится доступным растениям. Растворение фосфа­тов происходит благодаря образованию и выделению бактериями в почву различных кислот при неполном окислении углеводов или брожении.

Из разнообразных фосфорных микроорганизмов наибольший интерес представляют спорообразующие формы. Их используют для приготовления бактериального удобрения — фосфобактерина. Это крупные палочки с закругленными концами, плотной оболоч­кой и зернистой цитоплазмой. В ранней стадии развития клетки расположены одиночно, слабоподвижны. В дальнейшем они рас­полагаются попарно или короткими цепочками и становятся не­подвижными. Клетки богаты органическими соединениями фос­фора, образуют овальные эндоспоры, расположенные внутри клетки.

Превращение соединений железа. Железо широко распространено в природе в виде органических и минеральных соединений. Растения могут усваивать лишь растворимые соединения закисного железа (Fe²⁺). Важную роль в превращении соединений железа в природе играют микроорганизмы. Многие гетеротрофные бактерии, грибы и актиномицеты минерализуют органические соединения, содержа­щие железо. Органическую часть молекулы усваивают микроорга­низмы, а железо освобождается и осаждается в виде гидроксида.

Многие микроорганизмы принимают участие в окислении же­леза. Их называют железобактериями. Они представлены нитча­тыми бактериями, флексибактериями, одноклеточными бактерия­ми различных родов, микоплазмами, цианобактериями.

Все железобактерии подразделяют на две большие группы: хемоорганогетеротрофы и хемолитоавтотрофы. К первой группе отно­сятся нитчатые, одноклеточные формы бактерий и микоплазмы.

Нитчатые железобактерии разнообразны по морфологии. Они окисляют неорганические соединения железа в болотах, ручьях, железистых источниках, дренажных трубах с образованием охри­стых осадков. Охрообразователи — грамотрицательные аэробные бактерии, имеющие слизистые чехлы, в которых накапливается окисное железо. У одних видов железобактерий нити неподвиж­ны, флексибактерии обладают способностью к скольжению.

Бактерии могут окислять железо в почвах с нейтральной реак­цией среды при наличии закисного железа и органических ве­ществ. К хемоорганогетеротрофным бактериям, аккумулирующим железо в почвах, относятся и микоплазмы. Это мелкие бактерии без клеточной стенки, обычно ассоциированные с прокариотны-ми или эукариотными микроорганизмами и обладающие способ­ностью к паразитизму. Микоплазмы полиморфны, имеют кокковидные клетки, связанные тонкими нитями, на поверхности кото­рых откладываются окислы железа.

К типичным хемолитоавтотрофным железобактериям относят­ся облигатно-ацидофильные организмы (оптимум рН 2—3 и ниже), способные получать энергию в результате окисления за­кисного железа и использовать диоксид углерода для синтеза орга­нических соединений.

Группу таких микроорганизмов представляют грамотрицатель­ные бактерии лептоспириллум ферроксиданс с довольно сложным циклом развития (псевдококки — вибрионы — спириллы) и архебактерии. Они обитают в кислых рудничных водах, содержащих сульфиды разных металлов, в том числе пирит (FeS₂), а также в пиритизированных торфяниках, железистых источниках.

Установлена способность к накоплению оксидов железа у не­которых фототрофов, в частности цианобактерий, нитчатых зеле­ных бактерий и отдельных водорослей.

Железобактерии принимают участие в формировании осадоч­ных железистых руд в болотах, озерах и других водоемах.

ЛЕКЦИЯ